Гигантские подводные волны могут повлиять на способность океана хранить углерод

Согласно новому исследованию, подводные волны глубоко под поверхностью океана — некоторые достигают высоты 500 метров — играют важную роль в том, как океан накапливает тепло и углерод.

Международная группа исследователей под руководством Кембриджского университета, Оксфордского университета и Калифорнийского университета в Сан-Диего определила влияние этих волн и других форм подводных волнений на Атлантический океан и обнаружила, что их значения нет. Они точно отражены в климатических моделях, которыми руководствуется государственная политика.

Океан поглощает большую часть тепла и углерода, выделяемых в результате деятельности человека, но то, сколько он может поглотить, зависит от турбулентности внутри океана, поскольку тепло и углерод выталкиваются в глубины океана или вытягиваются к поверхности.

Хотя эти подводные волны уже известны, их роль в переносе тепла и углерода до конца не изучена.

Результаты, опубликованные в журнале Предшественник АГУОказывается, турбулентность в недрах океана более важна для переноса углерода и тепла в глобальном масштабе, чем предполагалось ранее.

Циркуляция океана переносит теплую воду из тропиков в Северную Атлантику, где она охлаждается, тонет и возвращается на юг в глубины океана, подобно гигантской конвейерной ленте. Атлантическое ответвление этой модели циркуляции, называемое атлантической опрокидывающей циркуляцией (AMOC), играет важную роль в регулировании глобального баланса тепла и углерода. Циркуляция океана перераспределяет тепло в полярные районы, где тает лед, а углерод — в глубины океана, где он может храниться тысячи лет.

«Если бы вы сфотографировали внутреннюю часть океана, вы бы увидели много сложной динамики в действии», — сказала первый автор доктор Лаура Семоли из Кембриджского факультета прикладной математики и теоретической физики. «Под поверхностью воды есть струи, течения и волны — глубоко в океане эти волны могут достигать 500 метров в высоту, но они разбиваются так же, как волна на пляже».

«Атлантический океан уникален тем, как он влияет на глобальный климат», — сказал соавтор доктор Али Машайек из Департамента наук о Земле в Кембридже. «У него сильная циркуляция от полюса к полюсу от верховий до глубин океана. Кроме того, вода движется быстрее на поверхности, чем в глубинах океана».

В течение последних нескольких десятилетий исследователи изучали, может ли AMOC быть фактором, почему Арктика теряет так много ледяного покрова, в то время как некоторые антарктические ледяные щиты растут. Одно из возможных объяснений этого явления состоит в том, что теплу, поглощаемому океаном в Северной Атлантике, требуется несколько сотен лет, чтобы достичь Южного полюса.

Теперь, используя комбинацию дистанционного зондирования, судовых измерений и данных с автономных буев, исследователи из Кембриджа обнаружили, что тепло из Северной Атлантики может достичь Южного полюса намного быстрее, чем считалось ранее. Кроме того, важную роль в климате играет турбулентность в океане, особенно большие подводные волны.

Подобно гигантскому пирогу, океан состоит из разных слоев: более холодная и плотная вода внизу и более теплая и легкая вода вверху. Большая часть переноса тепла и углерода в океане происходит внутри данного слоя, но тепло и углерод также могут передаваться между более плотными слоями, в результате чего более глубокие воды возвращаются на поверхность.

Исследователи обнаружили, что перемещению тепла и углерода между слоями способствует мелкомасштабная турбулентность — явление, не полностью представленное в климатических моделях.

Смешение оценок с различных платформ мониторинга показало наличие мелкомасштабных возмущений в верхней ветви циркуляции, что согласуется с теоретическими предсказаниями океанических внутренних волн. Различные оценки показали, что возмущение больше всего затрагивает слой плотностных пластов, связанный с глубоководным ядром, движущимся на юг из Северной Атлантики в Южный океан. Это означает, что тепло и углерод, переносимые этими массами воды, имеют широкие возможности для прохождения через различные уровни плотности.

«Модели климата несут ответственность за нарушения, но в основном за то, как они влияют на циркуляцию океана», — сказал Симоли. «Но мы обнаружили, что турбулентность важна сама по себе и играет важную роль в том, сколько углерода и тепла поглощается океаном и где он хранится».

«Многие климатические модели имеют очень упрощенное представление о роли возмущения в небольшом масштабе, но мы показали, что это важно и к нему следует относиться с большей осторожностью», — сказал Машайек. «Например, турбулентность и ее роль в циркуляции океана определяют, сколько человеческого тепла достигает антарктического ледяного щита, а также временные рамки, в которых это происходит».

Исследование показывает, что существует острая необходимость в установке датчиков возмущений на глобальные массивы наблюдений и более точном представлении мелкомасштабных возмущений в климатических моделях, чтобы ученые могли делать более точные прогнозы будущих последствий изменения климата.